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搭建了描述裂隙岩体中冰楔作用过程的整体理论框架
发表日期:2019-04-26 19:56| 来源 :本站原创 | 点击数:
本文摘要:寒区岩石在冻融感化下的毁伤劣化激发了一系列的工程地质问题。此外,近20多年来全球极端寒潮和冰雪灾祸气候事务频发,形成了庞大的人员伤亡和经济丧失。因而,研究岩石的冻融毁伤机制不只对寒区工程勾当有协助,还有助于应对极端气候事务激发的地质灾祸。岩石就

  寒区岩石在冻融感化下的毁伤劣化激发了一系列的工程地质问题。此外,近20多年来全球极端寒潮和冰雪灾祸气候事务频发,形成了庞大的人员伤亡和经济丧失。因而,研究岩石的冻融毁伤机制不只对寒区工程勾当有协助,还有助于应对极端气候事务激发的地质灾祸。岩石就孔隙布局来讲可分两大类:孔隙率较高、孔隙连通性好的“多孔岩石”(如砂岩、页岩等)和孔隙率低但一般被裂隙或节理切割的“裂隙岩体”(如花岗岩、大理岩等),两者的冻融毁伤机制具有显著的差别,需要别离会商。本文以砂岩和含裂隙花岗岩为例,建立了多孔岩石和裂隙岩体冻融毁伤机制的理论框架。本文起首阐发了闭合孔隙和连通孔隙中水结冰时需满足的能量转换前提、质量守恒前提、变形相容前提和受力均衡前提,成立了体积膨胀机制驱动下孔隙扩展的理论模子。之后会商了孔隙布局对砂岩冻融毁伤的影响,提出了“特征冻融毁伤单位”的概念;基于根基的热力学道理成立了一个同一的理论框架,切磋了分歧的冻结前提下砂岩中的冻融毁伤机制;操纵砂岩的冻融毁伤尝试对砂岩冻融毁伤机制进行了验证。然后将冻融轮回感化进行了分类,等效为分歧类型的委靡荷载;引入了委靡毁伤理论,成立了冻融轮回感化下砂岩的委靡毁伤模子;通过砂岩频频冻融前提下的毁伤试验对模子进行了验证。之后操纵中尺寸的物理模子试验,研究了花岗岩中单条裂隙在分歧的冻结模式下的变形纪律,以及分歧冻结前提下裂隙潜在的扩展机制。最初阐发了冰楔感化过程中密封前提的构成过程;冰塞的发展、变形过程,并对低温前提下应力侵蚀开裂所涉及的环节问题进行了会商;在上述过程中,成立了计较冰楔感化中冻胀力的初步理论模子,搭建了描述裂隙岩体中冰楔感化过程的全体理论框架。研究发觉:①在体积膨胀机制中,相变膨胀对外做功是孔隙扩展的次要驱动力;在封锁孔隙中岩石的弹性模量和抗拉强度越高,则弹性阶段冻胀力越大,而在孔隙起头扩展后冻胀力的衰减速度越快;而水在连通的孔隙中结冰时,孔隙水结冰速度越快、孔隙的渗入率越小、渗流路径越短,则冻胀力越大。②具有“主干—旁枝型”孔隙布局的岩石更容易发生冻融毁伤;冻结速度对砂岩的冻融毁伤机制具有节制感化,当冻结速度低时,毛细管机制和结晶压机制在岩石的冻融毁伤中起主导感化,而体积膨胀机制则遭到抑止;当冻结速度高时,体积膨胀机制和静水压机制应在岩石的冻融毁伤中起主导感化,而毛细管机制和结晶压机制则遭到抑止。③在微观标准下三品种型的冻融毁伤可被识别:裂隙扩展、颗粒零落和颗粒扭转,并以裂隙扩展为主:冻结过程中砂岩的变形并非各向同性,冻融毁伤次要出此刻垂直层理标的目的上;饱和度低于边界值的砂岩在冻结过程中仍然有可量测的冻胀变形发生。④天然前提下,岩石的饱和度节制日夜冻融轮回的感化强度,未冻水迁徙速度则节制着年度冻融轮回的感化强度;操纵缺陷面积和残存应变定义的毁伤变量其素质是不异的,均可用孔隙率的变化来表达;通过砂岩孔隙率测得的冻融毁伤与通过理论模子计较的冻融毁伤拟合度很高,证了然理论模子的合理性。⑤天然前提下裂隙岩体的冻融模式可分为三种——自上而下冻结、自下而上冻结和双向冻结;自上而下的冻结模式下裂隙的变形弘远于自下而上模式下的变形;在自上而下的冻结模式下,在日夜冻融轮回中,岩梁的热弯折和冰楔感化可能会惹起裂隙的扩展,而在持久冻结试验中,分凝冰机制惹起的冻胀力和应力侵蚀机制也有导致裂隙扩展的可能性;颠末对裂隙中冻胀力的估算,最终认为应力侵蚀机制惹起了持久冻结试验中的裂隙扩展,裂隙扩展的驱动力为体积膨胀机制发生的冻胀力;在由下而上的冻结模式下,裂隙可能的扩展机制有岩梁的热弯折、裂隙水冻结阶段由体积膨胀机制惹起的冻胀力和裂隙冰融化阶段由分凝冰机制惹起的冻胀力。⑥在冰楔感化中,密封前提的强弱决定着冻胀力的大小,密封前提可分为物质密封前提和力学密封前提;力学密封前提的强弱决定于冰塞在岩石上滑动特征,该特征受温度和法向压力的双重节制;在尝试室的低温前提下和在天然的寒区情况中,应力侵蚀开裂都具有发生 (责任编辑:admin)

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